DK2163887T3 - Method and circuit arrangement for the measurement of physical parameters of the fluids and their uses - Google Patents

Method and circuit arrangement for the measurement of physical parameters of the fluids and their uses Download PDF

Info

Publication number
DK2163887T3
DK2163887T3 DK09000244T DK09000244T DK2163887T3 DK 2163887 T3 DK2163887 T3 DK 2163887T3 DK 09000244 T DK09000244 T DK 09000244T DK 09000244 T DK09000244 T DK 09000244T DK 2163887 T3 DK2163887 T3 DK 2163887T3
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
oil
sensor
measured
electrical conductivity
dielectric constant
Prior art date
Application number
DK09000244T
Other languages
Danish (da)
Inventor
Ulrich Kuipers
Manfred Mauntz
Original Assignee
Ulrich Kuipers
Manfred Mauntz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulrich Kuipers, Manfred Mauntz filed Critical Ulrich Kuipers
Application granted granted Critical
Publication of DK2163887T3 publication Critical patent/DK2163887T3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2888Lubricating oil characteristics, e.g. deterioration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/028Circuits therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

Beskrivelse Nærværende opfindelse angår en fremgangsmåde og et kredsløbsarrangement til måling af kvalitetsforandringen af olier, som anvendes til smøring eller til isolation, til måling af parametre for råolier og disses biprodukter og til måling af impedanskomponenter for elektrisk ringe-ledende eller elektrisk ikke-ledende fluider, disses realisering og disses anvendelse. Især bliver den specifikke elektriske ledningsevne og dielektricitetskoefficienten målt. På grund af disses temperaturafhængigheder bliver yderligere olietemperaturen målt. Såvel slidkomponenter, oprevne oliemolekyler, tilsmudsninger som mekaniske tilsmudsninger, salte, syrer, vand, oliesæbe, som dannes, osv., bevirker en forøgelse af den elektriske ledningsevne. Baseret på det faktum, at den elektriske ledningsevne for olie er væsentligt ringere i forhold til ledningsevnen for tilsmudsningskomponenterne, består der en direkte sammenhæng imellem den elektriske ledningsevne og tilsmudsningsgraden. Ændringen af tilsmudsningsgraden viser yderligere det aktuelle slid eller tilsmudsningsgraden, hhv. sammensætningen af råolier og disses biprodukter. Eksempler på anvendelsesområder er overvågningen af gearolier, hydraulikolier, transformatorer, motorolier, overvågning ved råolieproduktion og -oparbejdning, osv.The present invention relates to a method and circuit arrangement for measuring the quality change of oils used for lubrication or insulation, for measuring parameters of crude oils and their by-products, and for measuring impedance components for electrically conductive or electrically non-conductive fluids, their realization and their application. In particular, the specific electrical conductivity and dielectric coefficient are measured. Due to their temperature dependencies, further oil temperature is measured. Both abrasive components, uprooted oil molecules, soiling and mechanical soiling, salts, acids, water, oil soaps which are formed, etc., increase electrical conductivity. Based on the fact that the electrical conductivity of oil is substantially inferior to the conductivity of the soiling components, there is a direct correlation between the electrical conductivity and the degree of soiling. The change in the degree of dirt further shows the current wear or degree of dirt, respectively. the composition of crude oils and their by-products. Examples of applications are the monitoring of gear oils, hydraulic oils, transformers, engine oils, monitoring of crude oil production and reprocessing, etc.

Konceptionelt sammenlignelige målinger er etableret i forbindelse med ledningsevnemåling for vand. I den forbindelse er de elektriske ledningsevner under alle omstændigheder adskillige tierpotenser større og følgelig langt enklere at måle. Også ved vandmålingen er den elektriske ledningsevne en sumparameter for ionkoncentrationen og/eller tilsmudsningen. Under alle omstændigheder måles med følersystemet ifølge opfindelsen supplerende dielektricitetskoefficienten, fortrinsvis til fugtmåling, vandindholdsbestemmelse, til detektion af nedbrydningen af additiver og/eller til måling af gaskomponenter.Conceptually comparable measurements have been established in connection with water conductivity measurement. In this context, the electrical conductivity is in any case several tier potentials larger and consequently much easier to measure. Also in the water measurement, the electrical conductivity is a sump parameter for the ion concentration and / or soiling. In any case, with the sensing system according to the invention, the supplementary dielectric coefficient is measured, preferably for moisture measurement, water content determination, for detecting the degradation of additives and / or for measuring gas components.

Den aktuelle kendte teknik er især gengivet i patentskriftet DE 196 28 690. Den deri beskrevne fremgangsmåde til måling af den elektriske ledningsevne og dielektricitetskoefficienten ved hjælp af taktstyrede jævnspændinger eller taktstyrede jævnstrømme som målesignaler og de i patentskriftet beskrevne egenskaber har ved anvendelse vist sig yderst fordelagtig. En ulempe ved den elektroniske fremgangsmåde er imidlertid, at ’’integrationen ved hver ændring af testsignalet (flanker) nulstilles”. Også ved åbning af analogomskifteren opstår der en ladningsinjektion (Charge Injection), som forfalsker måleresultatet. Til måling af ledningsevnen og dielektricitetskoefficienten kræves to sensorer, eller sensorelektronikken skal omkobles. Yderligere er sensorelektronikken relativt kompleks og den indeholder yderligere fejlkilder. Den mekaniske realisering af basisføleren er ligeledes meget besværlig. En yderligere ulempe er, at med det beskrevne følerkoncept kan olieparametrene, som skal måles, og således i den sidste ende også oliekvaliteten, ikke måles i den egentlige smørespalte.The prior art is particularly reproduced in the patent specification DE 196 28 690. The method for measuring the electrical conductivity and the dielectric coefficient described by means of clock-controlled DC voltages or clock-controlled DC currents as measuring signals and the characteristics described in the patent has proved extremely advantageous in use. One disadvantage of the electronic method, however, is that '' the integration at each change of the test signal (flanks) is reset ''. Also, when opening the analog switch, a charge injection (Charge Injection) occurs which falsifies the measurement result. To measure the conductivity and the dielectric coefficient, two sensors are required or the sensor electronics must be switched. Furthermore, the sensor electronics are relatively complex and contain additional sources of error. The mechanical realization of the base sensor is also very troublesome. A further disadvantage is that with the described sensor concept, the oil parameters to be measured, and thus ultimately also the oil quality, cannot be measured in the actual lubrication gap.

Patentansøgningen DE 10217383 fra Siemens AG med temaet "Zylinderkopfintegriertes Dieseleinspritzsystem mit Olsensor" omhandler injektorer, som er fuldstændigt integrerede i cylinderhovedet på en brænd stof drevet maskine. I ansøgningen er en olieføler tilvejebragt til detektion af kvaliteten af motorolien og dennes oliefyldningsstand. Yderligere angives det: "Vorzugsweise erfasst der Olsensor die Qualitåt und/oder die Fijllstandshohe des Motorols anhand einer Dielektrizitåtskonstante des Motorols." Patentet DE 199 63 204 fra firmaet Cummins Inc. Columbus, ind., US, angiver en fremgangsmåde til bestemmelse af restelevetiden og/eller restanvendelsesvarigheden for motorolie i en motor, hvor motorparametre såsom sodkoncentrationen og/eller viskositeten for motorolien måles.The patent application DE 10217383 from Siemens AG with the theme "Zylinderkopfintegriertes Dieseleinspritzsystem mit Olsensor" deals with injectors which are fully integrated into the cylinder head of a fuel driven machine. In the application, an oil sensor is provided for detecting the quality of the engine oil and its oil filling state. It is further stated: "Pre-welding is obtained from the Olsensor with the Quality and / or the Fill rate of the Motorols using a dielectric constant of the Motorols." The patent DE 199 63 204 from the company Cummins Inc. Columbus, Ind., US, discloses a method for determining the residual life and / or residual useful life of engine oil in an engine where engine parameters such as soot concentration and / or viscosity of the engine oil are measured.

De løsninger, som foreslås i de citerede patenter har ulemperne med besværlige basisfølere og følerelektronik. Yderligere er deres målenøjagtighed ikke optimal.The solutions proposed in the cited patents have the disadvantages of cumbersome base sensors and sensor electronics. Furthermore, their measurement accuracy is not optimal.

Det er hensigten med opfindelsen, at realisere basisfølere, som har høj nøjagtighed og alligevel kan realiseres enkelt og omkostningsgunstigt, og at realisere sensorelektronik til måling af kvalitetsforandringer for olier, maskiner, transformatorer, turbiner, kompressorer, motorer osv., og disses anvendelse, især til indikering af forebyggende vedligeholdelsesforanstaltninger, utilladelige driftstilstande, høje belastninger osv., allerede længe før en forebyggende reparation, samt til kvalitetsvurdering og til tilstandsovervågning. Med følersystemet ifølge opfindelsen skal der også kunne måles umiddelbart i smørespalten. Oliefølersystemet ifølge opfindelsen muliggør en tilstandsorienteret, forebyggende vedligeholdelse af maskiner, transformatorer, turbiner, kompressorer, motorer osv. Den interdisciplinære opstilling af en kvantificeret vurdering af ændringen af systemet olie-gear, olie-motor osv., via den med følersystemet ifølge opfindelsen målte momentane olietilsmudsning og dennes tidsmæssige forandring, muliggør en vurdering af gear-, motor-, transformatorsliddet osv. og af oliesliddet. Forebyggende vedligeholdelsesforanstaltninger kan indikeres allerede længe før en forebyggende reparation.It is an object of the invention to realize basic sensors which are of high accuracy and yet can be realized simply and cost-effectively, and to realize sensor electronics for measuring quality changes for oils, machines, transformers, turbines, compressors, motors etc. and their use, in particular for the indication of preventive maintenance measures, inadmissible operating conditions, high loads, etc., long before a preventive repair, as well as for quality assessment and for condition monitoring. With the sensor system according to the invention it should also be possible to measure immediately in the lubrication slot. The oil sensing system according to the invention enables a state-oriented, preventive maintenance of machines, transformers, turbines, compressors, motors, etc. The interdisciplinary arrangement of a quantified assessment of the change of the system oil gear, oil engine etc., via the moments measured with the sensing system according to the invention oil soiling and its temporal change, enables an assessment of the gear, motor, transformer wear, etc. and of the oil wear. Preventive maintenance measures can be indicated long before a preventive repair.

Et yderligere anvendelsesområde for følersystemet ifølge opfindelsen er målingen af producerede råolier og disses biprodukter og/eller sammensætningen af råolieprodukter. Hertil bliver især sumparametre for salte, syrer, ionkoncentrationer, vandandele og gasser i råolie eller af råolieprodukter målt.A further application of the sensor system according to the invention is the measurement of crude oils produced and their by-products and / or the composition of crude oil products. In particular, sump parameters for salts, acids, ion concentrations, water content and gases in crude oil or crude oil products are measured.

Den elektriske ledningsevne og dielektricitetskoefficienten for olien måles uafhængigt af hinanden. Fintilsmudsningen af olien, som eksempelvis slid, ødelagte oliemolekyler, dannelsen af sæber osv. udmønter sig især ved en forøgelse af den elektriske ledningsevne. Til måling af nedbrydningen af additiver og til bestemmelse af vandindholdet måles supplerende dielektricitetskoefficienten for olien. Til undgåelse af polarisationseffekter bliver der som målesignaler anvendt middelværdifrie vekselstørrelser. Opfindelsen omfatter også udviklingen af en elektronisk målefremgangsmåde med taktstyrede, middelværdifrie målesignaler til separat måling af modstanden og kapaciteten af basisføleren. Ifølge opfindelsen bliver basisføler-modstanden Rx og basisfølerkapaciteten Cx bestemt af et målesignal. Heraf bliver ledningsevnen og dielektricitetskoefficienten beregnet. Den elektriske ledningsevne κ og dielektricitetskoefficienten er temperaturafhængige, idet temperaturkoefficienterne er mindre afhængige af olien, men især også afhængige af olietilsmudsningerne, yderligere ændrer følergeometrien sig i afhængighed af temperaturen. En selvlærende adaptiv temperaturkompensation hhv. en omregning til en referencetemperatur er ligeledes bestanddele af opfindelsen. I billede 1 er vist et objektnet for et udførelseseksempel for oliefølersystemet.The electrical conductivity and the dielectric coefficient of the oil are measured independently of each other. The fine soiling of the oil, such as wear, broken oil molecules, the formation of soaps, etc., is especially pronounced by an increase in the electrical conductivity. To measure the breakdown of additives and to determine the water content, the supplementary dielectric coefficient of the oil is measured. In order to avoid polarization effects, mean-free alternate sizes are used as measurement signals. The invention also encompasses the development of an electronic measurement method with clock controlled, mean-free measurement signals for separately measuring the resistance and capacity of the base sensor. According to the invention, the base sensor resistance Rx and the base sensor capacity Cx are determined by a measuring signal. From this, the conductivity and the dielectric coefficient are calculated. The electrical conductivity κ and the dielectric coefficient are temperature dependent, as the temperature coefficients are less dependent on the oil, but in particular also dependent on the oil soiling, the sensor geometry further changes depending on the temperature. A self-learning adaptive temperature compensation, respectively. a conversion to a reference temperature are also components of the invention. Figure 1 shows an object grid for an exemplary embodiment of the oil sensing system.

Objektnet består af rektangulært viste funktionsenheder, de såkaldte objekter, og cirkelformet viste datarum. Objekter er funktionsenheder med autonomi og definerede beføjelse. De er karakteriserede ved indgange og tilbagekoblingsfrie udgange. Objekter kommunikerer indbyrdes via de som cirkler viste datarum. Datamodtagelse karakteriseres via pile imellem datarum og objekter. Et objektnet anskueliggør datastrømmen igennem et system. Det tillader en statisk fortolkning af indtræksområdet for individuelle funktionsenheder. Objekter og objektnet kan trinvis forfines. Eksempler på objekter er hardwarekomponenter, softwareprogrammer, følere, processorer, automatiseringssystemer eller også brugere af et målesystem. Datarum er eksempelvis: signaler på ledninger, arbejdslagre, målesignaler, billedskærme eller udskrifter.The object network consists of rectangularly displayed functional units, the so-called objects, and circularly displayed data space. Objects are function units with autonomy and defined power. They are characterized by inputs and feedback-free outputs. Objects communicate with each other via the data spaces shown as circles. Data reception is characterized by arrows between data rooms and objects. An object network illustrates the data flow through a system. It allows a static interpretation of the range of entry for individual functional units. Objects and object networks can be refined step by step. Examples of objects are hardware components, software programs, sensors, processors, automation systems, or even users of a measurement system. For example, data rooms are: signals on wires, workstations, measurement signals, screens or prints.

En basisfølerkonstruktion i overensstemmelse med opfindelsen beskrives i det følgende. Billede 2 viser en oversigtsskitse af en konstruktionsvariant af det realiserede følersystem.A basic sensor construction according to the invention is described below. Figure 2 shows an overview sketch of a construction variant of the realized sensor system.

Den aktive basisfølerdel består her af to eller flere basisfølerplader 1 med fladen A, som, i konstant indbyrdes afstand l, er fastgjort til metalstifterne i en glas/metal-gennemføring 2. Pladerne for basisføleren er placerede i midten af målekammeret, således at en gunstig og retningsuafhængig tilstrømning af det gennemstrømmende medie sikres. En speciel orientering af følerhusdelene er ikke krævet ved denne konstruktion. Materialerne for følerhuset og stifterne i glas/metalgennemføringen 2 er, med hensyn til disses udvidelsesegenskaber, nøjagtigt tilpasset til det bearbejdede glas i gennemføringen. Billede 3 viser glas/metalgennemføringen 2 i følerhuset, billede 4 viser et basisfølerarrangement med tre elektrodeplader 9.The active base sensor part here consists of two or more base sensor plates 1 with the surface A, which, at a constant spacing 1, are attached to the metal pins in a glass / metal passage 2. The plates for the base sensor are placed in the middle of the measuring chamber, so that a favorable and direction-independent influx of the flowing media is ensured. A special orientation of the sensor housing parts is not required in this construction. The materials for the sensor housing and the pins in the glass / metal feedthrough 2, with respect to their expansion properties, are precisely adapted to the machined glass in the feed. Figure 3 shows the glass / metal lead-in 2 in the sensor housing, Figure 4 shows a basic sensor arrangement with three electrode plates 9.

Ledningsevnen for elektrisk isolerende konstruktionselementer og ledningsevnen for isoleringen i elektriske gennemføringer ligger i samme størrelsesorden, som den elektriske ledningsevne for den rene olie, som der skal måles på. Ledningsevnen for gennemføringerne og bærematerialerne bør imidlertid ikke indgå i måleresultatet. Dette formål opnås i forbindelse med den præcise følerelektronik i overensstemmelse med opfindelsen. Hertil bliver testsignalet, fortrinsvis en afsnitsvis konstant spænding eller en afsnitsvis konstant strøm, koblet til en følerelektrode, den anden elektrodeplade bliver ifølge opfindelsen koblet til den inverterende indgang på en, fortrinsvis på virtuelt stel liggende, strømmodkoblet operationsforstærker. Alternativt er koblingen til den inverterende indgang på en spændingsmodkoblet operationsforstærker.The conductivity of electrically insulating structural elements and the conductivity of insulation in electrical passages are of the same order of magnitude as the electrical conductivity of the pure oil to be measured. However, the conductivity of the bushings and the support materials should not be included in the measurement result. This object is achieved in connection with the precise sensor electronics in accordance with the invention. To this end, the test signal, preferably a sectional constant voltage or a sectional constant current, is coupled to a sensor electrode, the second electrode plate according to the invention being coupled to the inverting input of a, preferably on a virtual frame, current-switched operational amplifier. Alternatively, the coupling to the inverting input is on a voltage-coupled operational amplifier.

En alternativ udformning er den umiddelbare indskruning af et arrangement ifølge billede 4 i en rørvæg, eksempelvis en råolierørledning.An alternative embodiment is the immediate screw-in of an arrangement according to picture 4 in a pipe wall, for example a crude oil pipeline.

En alternativ basisfølerrealisering er et plant elektrodearrangement. Det bliver fortrinsvis fremstillet som en guld-platin-legering på keramiksubstrat. Fremstillingsfremgangsmåden svarer til tykfilms-hybridteknikken. Elektrodekonceptet og et tilsvarende realiseret elektrodearrangement er vist i billede 5.An alternative basic sensor realization is a flat electrode arrangement. It is preferably manufactured as a gold-platinum alloy on ceramic substrate. The preparation method is similar to the thick film hybrid technique. The electrode concept and a correspondingly realized electrode arrangement are shown in Figure 5.

De to kamformede elektroder 10, 11 svarer i deres grundfunktion til de to kondensatorplader, på den midterste elektrode 12 kobles elektronikstellet eller et egnet skærmningssignal.The two comb-shaped electrodes 10, 11 correspond in their basic function to the two capacitor plates, on the middle electrode 12 the electronics frame or a suitable shielding signal is coupled.

Billede 6 viser et forenklet elektrisk ækvivalensdiagram for basisføleren som et netværk af en R-C kombination imellem elektrodepladerne.Figure 6 shows a simplified electrical equivalence diagram for the base sensor as a network of an R-C combination between the electrode plates.

Under antagelse af et homogent felt ligger ækvipotentiallinjerne inden for kondensatoren parallelt med elektroderne. Over de tværgående grene flyder der følgelig ikke nogen strøm, de kan udelades.Assuming a homogeneous field, the equipotential lines are within the capacitor parallel to the electrodes. Consequently, over the transverse branches there is no flow that can be omitted.

Til undgående af polarisationseffekter bliver basisføler arrangementet forbundet med middelværdifrie vekselspændingssignaler. En måling med sinusformet vekselspænding er i den forbindelse mindre egnet, eftersom den kapacitive strøm ville være væsentligt større end den ohmske komposant af strømmen og strømkomposanterne således kun med væsentlig elektronikbesvær kunne adskilles.To avoid polarization effects, the base sensor arrangement is associated with mean-free AC voltage signals. In this connection, a measurement with sinusoidal AC voltage is less suitable, since the capacitive current would be substantially larger than the ohmic component of the current and thus the current components could only be separated with significant electronics difficulty.

For målingen af ledningsevnen påtrykkes elektroderne følgelig en afsnitsvis konstant spænding. I indsvunget tilstand strømmer der via kondensatorerne i ækvivalensdiagrammet ikke nogen strøm i tidsafsnit med konstant indgangsspænding. Under ledningsevnemålingen ligger der en konstant spænding på elektroderne. I jævnspændingsækvivalensdiagrammet kan følgelig yderligere kondensatorerne udelades. Ud fra serie- og parallelkoblingen fås den resulterende ækvivalensmodstand R. Ud fra denne bliver så, med kendskab til geometrien for elektrodearrangementet, hhv. cellekonstanten kz, ledningsevnen κ bestemt.Accordingly, for the conductivity measurement, the electrodes are applied to a sectional constant voltage. In the flipped state, no current is flowing through the capacitors in the equivalence diagram in time sections with constant input voltage. During the conductivity measurement, there is a constant voltage on the electrodes. Accordingly, in the DC equivalence diagram, the additional capacitors can be omitted. From the series and parallel coupling, the resulting equivalence resistor R is obtained. From this, with knowledge of the geometry of the electrode arrangement, respectively. the cell constant kz, the conductivity κ determined.

For tilfældet med en konstant elektrisk feltstyrke E imellem elektroderne er følermodstanden:For the case of a constant electric field strength E between the electrodes, the sensor resistance is:

og med cellekonstantenand with the cell constant

den elektriske ledningsevnethe electrical conductivity

Kvotienten j er cellekonstanten. Den er udelukkende afhængig af følerarrangementets geometri.The quotient j is the cell constant. It depends solely on the geometry of the sensor arrangement.

Slid, ioner, ødelagte oliemolekyler, syrer, oliesæber osv. bevirker en forøgelse af ledningsevnen κ for olien. Den elektriske ledningsevne stiger med stigende ionkoncentration og ionbevægelighed. Den elektriske ledningsevne for tilnærmelsesvis alle tilsmudsningsprodukter er stor i sammenligning med den ekstremt ringe ledningsevne for ren olie. Der foreligger en direkte sammenhæng imellem den elektriske ledningsevne og tilsmudsningsgraden for olien. En forøgelse af den elektriske ledningsevne af olier under drift kan fortolkes som en stigende olietilsmudsning eller større olieslid. På grund af oliekvalitetsændringer hhv. derved genererede ioner og fremmedpartikler bliver individuelle grene i ækvivalensdiagrammet delvis kortsluttede og den målte elektriske ledningsevne og den målte dielektricitetskonstant forandret. Målingen af dielektricitetskonstanten kan ifølge opfindelsen ske via de samme basisfølerarrangementer og følerelektronik, via hvilken også den elektriske ledningsevne bestemmes.Wear, ions, broken oil molecules, acids, oil soaps, etc. increase the conductivity κ of the oil. The electrical conductivity increases with increasing ion concentration and ion mobility. The electrical conductivity of virtually all soiling products is high in comparison to the extremely poor conductivity of pure oil. There is a direct correlation between the electrical conductivity and the degree of soiling of the oil. An increase in the electrical conductivity of oils during operation can be interpreted as increasing oil soiling or greater oil wear. Due to oil quality changes respectively. thus, ions and foreign particles generated, individual branches in the equivalence diagram are partially shorted and the measured electrical conductivity and the measured dielectric constant changed. According to the invention, the measurement of the dielectric constant can be carried out via the same basic sensor arrangements and sensor electronics, through which the electrical conductivity is also determined.

Kapaciteten Cx bliver via difinitionsligningen for kapacitetenThe capacity Cx becomes via the definition equation for the capacity

beregnet. Kapaciteten er forskydningsstrømningen imellem to elektroder divideret med spændingen imellem elektroderne.calculated. The capacity is the shear flow between two electrodes divided by the voltage between the electrodes.

Ved rumligt konstant elektrisk feltstyrke E kan denne atter trækkes ud foran integralet og forkortes:At spatially constant electric field strength E this can again be pulled out in front of the integral and shortened:

hhv.respectively.

Kvotienten j er igen cellekonstanten kz. Kapaciteten er (ved konstant dielektricitets-koeffient er) kun bestemt af den geometriske form af kondensatoren og de dielektriske materialeegenskaber.The quotient j is again the cell constant kz. The capacity is (at a constant dielectric coefficient) determined only by the geometric shape of the capacitor and the dielectric material properties.

Dielektricitetskoefficienten for olier ligger i størrelseordenen på er « 2,2, dielektricitetskoefficienten for vand er omtrent er~ 81. Vandindholdet i olie kan måles ved hjælp af målingen af dielektricitetskoefficienten. I forbindelse med som kølesmørestof anvendte olier skal, på grund af det med stigende vandindhold øgede olieslid, vandindholdet i olien supplerende måles via en nøjagtig måling af dielektricitetskoefficienten. Yderligere kan, med denne information, indflydelsen af vand på ledningsevneændringen i olien udkompenseres. Ved andre anvendelser muliggør den målte dielektricitetskoefficient en udtalelse om nedbrydningen af additiver i olie.The dielectric coefficient for oils is on the order of «2.2, the dielectric coefficient for water is approximately is ~ 81. The water content of oil can be measured by the measurement of the dielectric coefficient. In the case of oils used as a cooling lubricant, due to the oil wear increased with increasing water content, the water content of the oil must be additionally measured via an accurate measurement of the dielectric coefficient. Further, with this information, the influence of water on the conductivity change in the oil can be compensated. In other applications, the measured dielectric coefficient allows an opinion on the decomposition of additives in oil.

Efter påtrykning af en højere frekvent vekselspænding på elektroderne er den via kondensatorerne i ækvivalensdiagrammet strømmende strøm væsentlig større end strømmen via de højimpedansede modstande for olien. Som forenklet vekselspændingsækvivalensdiagram kan så antages det i billede 7 skitserede ækvivalensdiagram.After applying a higher frequency alternating voltage to the electrodes, the current flowing through the capacitors in the equivalence diagram is substantially greater than the current via the high impedance resistors of the oil. As a simplified AC voltage diagram, the equivalence diagram outlined in Figure 7 can be assumed.

De individuelle kondensatorer kan atter sammenfattes til en fælles kapacitet C. Med kendskab til følergeometrien hhv. cellekonstanten kz bestemmes deraf den søgte dielektricitetskoefficient.The individual capacitors can again be summed up to a common capacity C. With knowledge of the sensor geometry respectively. the cell constant kz is thereby determined the dielectric coefficient sought.

Basisføleren er et elektrodearrangement, i forbindelse med hvilket den olie, som skal måles, ved ledningsevnemåling fungerer som elektrisk leder og ved dielektricitets- konstantmåling fungerer som dielektrikum. Olie er en elektrisk ikke-leder. Den ekstreme højimpedans af basisføleren og de deraf resulterende ekstremt lave målestrømme betinger en høj forstyrrelsesfølsomhed i forhold til indstrålede elektromagnetiske felter. Ved integration af den ekstremt lille strøm opnås en tilstrækkelig forstyrrelsesundertrykkelse.The base sensor is an electrode arrangement in which the oil to be measured acts as an electrical conductor for conductivity measurement and for dielectric constant measurement as a dielectric. Oil is an electrical non-conductor. The extreme high impedance of the base sensor and the resulting extremely low measuring currents condition a high interference sensitivity with radiated electromagnetic fields. By integrating the extremely small current, a sufficient disturbance suppression is obtained.

Modstanden og kapaciteten skal måles uafhængigt af hinanden. Til undgåelse af polarisationseffekter bliver basisføleren påtrykt et middelværdifrit testsignal. Ellers ville supplerende polarisationsspændinger forfalske måleresultatet eller sågar gøre målingen umulig. Anvendelsen af sinusformede testsignaler er, på grund af den ekstremt højimpedansede modstand Rx og den ringe ohmske strømkomposant i forhold til de kapacitive forskydningsstrømme via følerkapaciteten Cx, problematisk. Følgelig skal kapaciteten og modstanden for basisføleren måles med taktstyrede, middelværdifrie, afsnitsvis konstante testsignaler. Hertil bliver elektroderne påtrykt en afsnitsvis konstant spænding og den resulterende elektriske strøm målt. Til opnåelse af en høj forstyrrelsesundertrykkelse og dermed i sidste ende også en høj nøjagtighed bliver hertil strømmen integreret over tid og evalueret til ledningsevnemåling.Resistance and capacity must be measured independently. To avoid polarization effects, the base sensor is applied to a mean-free test signal. Otherwise, additional polarization voltages would falsify the measurement result or even make measurement impossible. The use of sinusoidal test signals, due to the extremely high impedance resistance Rx and the low ohmic current component relative to the capacitive shear currents via the sensing capacity Cx, is problematic. Accordingly, the capacity and resistance of the base sensor must be measured with clock-controlled, mean-free, section-constant test signals. For this, the electrodes are applied to a section constant voltage and the resulting electric current is measured. In order to achieve a high disturbance suppression and thus also a high accuracy, the current is integrated over time and evaluated for conductivity measurement.

Den højimpedansede basisføler kræver følgelig en yderste følsom og alligevel meget forstyrrelsessikker elektronik. Begge dele kan opnås ved hjælp af en integrerende måleelektronik og en omgående omformning af måleinformationen til digitale signaler. Hertil bliver basisfølermodstanden og basisfølerkapaciteten via operationsforstærkerkredsløb (OPs) omformet til frekvens- hhv. tidssignaler. Tidsmålingen sker via en mikrocontroller, som yderligere overtager den digitale signalbearbejdning.Consequently, the high impedance base sensor requires an extremely sensitive and yet highly interference-resistant electronics. Both can be achieved by means of an integrating measurement electronics and an immediate transformation of the measurement information into digital signals. For this, the base sensor resistance and the base sensor capacity via operational amplifier circuits (OPs) are converted to frequency respectively. time signals. The time measurement is done via a microcontroller, which further takes over the digital signal processing.

Den analoge følerelektronik (se billede 8) består af en relaksationsoscillator, idet basisføleren er forbundet med integratorens indgangskredsløb. Ud fra det analoge udgangssignal fra integratoren bestemmes via en mikrocontroller såvel den elektriske ledningsevne som også dielektricitetskoefficienten. Hertil bliver de søgte måle-størrelsesproportionale tidsintervaller for sensorsignalet målt. I den forbindelse skal en minimal restledningsevne Kmin, som yderligere skal bestemmes, overskrides.The analog sensor electronics (see Figure 8) consist of a relaxation oscillator, the base sensor being connected to the integrator's input circuit. From the analog output signal from the integrator, via a microcontroller, both the electrical conductivity and also the dielectric coefficient are determined. For this, the searched measurement-size proportional time intervals for the sensor signal are measured. In this connection, a minimum residual conductivity Kmin, which must be further determined, must be exceeded.

Udgangssignalerne fra integratoren u,, de to Schmitt-triggere uaxi og uaX2, den nederste Schmitt-trigger arbejder som komparator, og er skitseret i billede 9.The output signals of the integrator u ,, the two Schmitt triggers uaxi and uaX2, the lower Schmitt trigger act as comparator, are outlined in Figure 9.

Udgangsspændingerne fra de to Schmitt-triggere påtrykkes en XOR-gate. Dennes udgangssignal indeholder den med TK betegnede høj-tid, denne er proportional med den specifikke modstand p og omvendt proportional med den elektriske ledningsevne:The output voltages from the two Schmitt triggers are applied to an XOR gate. Its output signal contains the peak termed TK, which is proportional to the specific resistance p and inversely proportional to the electrical conductivity:

Differenserne mellem TK og T2 er proportional med dielektricitetskoefficienten:The differences between TK and T2 are proportional to the dielectric coefficient:

I det følgende bliver disse to ligninger forklaret. Undertiden TK bliver den elektriske ledningsevne for olien målt. Indgangsspændingen på integratoren og dermed også spændingen over følerkapaciteten Cx er i dette tidsinterval konstant. Heraf følger for en tidsmæssigt omtrent konstant kapacitet umiddelbartIn the following, these two equations are explained. Sometimes TK, the electrical conductivity of the oil is measured. The input voltage of the integrator and thus also the voltage across the sensor capacity Cx is constant during this time interval. This results in an almost constant capacity for a period of time

For integratorudgangsspændingen ui følger dermed på omkoblingstidspunktet for Schmitt-triggerenThus, for the integrator output voltage ui follows the switching time of the Schmitt trigger

og for UaXi = konst.and for UaXi = const.

Detektionen af nulgennemgangen for integratorudgangsspændingen sker via den forneden i kredsløbsdiagrammet viste, som Schmitt-trigger med meget lille hysterese koblede komparator. Omkoblingspunktet for Schmitt-triggeren er givet vedDetection of the zero throughput of the integrator output voltage is done via the one shown at the bottom of the circuit diagram, as Schmitt trigger with very little hysteresis coupled comparator. The switching point of the Schmitt trigger is given by

Indsat i ligningen ovenfor opnåsInserted into the equation above is obtained

eller for ledningsevnen:or for conductivity:

På grund af den parallelle kapacitet Cx i føleren forårsages et spring i integrator-udgangsspændingen. Heraf bestemmes dielektricitetskoefficienten.Due to the parallel capacity Cx in the sensor, a jump in the integrator output voltage is caused. From this, the dielectric coefficient is determined.

Billede 10 viser sammenhængen imellem TK og Τε.Figure 10 shows the relationship between TK and Τε.

Til beregning behøver man tiden Τε. Denne svarer til integrationstiden for integrationen over den af Cx forårsagede springhøjde USp. Den kan beregnes ud fra differensen imellem tiderne TK og T2.For calculation, one needs the time Τε. This corresponds to the integration time of the integration over the jump height USp caused by Cx. It can be calculated from the difference between the times TK and T2.

Tiderne TK og T2 tilvejebringes i følerelektronikken ved hjælp af den efter den analoge følerelektronik koblede XOR-gate (se Billede 10). TK er så høj-tiden og T2 er lav-tiden for udgangsspændingen på XOR-gaten. På tidspunktet for omkoblingen af udgangsspændingen fra Schmitt-triggeren og dermed også indgangsspændingen på integratoren bliver de to kondensatorer Cx og C omladede. De danner en kapacitiv spændingsdeler, som kan beskrives via ligningenTimes TK and T2 are provided in the sensor electronics by means of the XOR gate coupled to the analog sensor electronics (see Figure 10). TK is then high-time and T2 is low-time of the output voltage on the XOR gate. At the time of switching the output voltage from the Schmitt trigger and thus also the input voltage on the integrator, the two capacitors Cx and C are recharged. They form a capacitive voltage divider, which can be described by the equation

Ud fra ligningen for udgangsspændingen fra integratoren følgerFrom the equation of the output voltage from the integrator follows

ogand

følgerfollows

hhv.respectively.

Heraf bliver dielektricitetskoefficienten er beregnet ud fra ledningsevnen κ og tiden Τε.From this, the dielectric coefficient is calculated from the conductivity κ and the time Τε.

Ved hjælp af følerelektronikken bliver, ud fra det ene følersignal, såvel den elektriske ledningsevne som også dielektricitetskoefficienten for olien bestemt. Under alle omstændigheder er en mindste-ledningsevne også nødvendig for målingen af dielektricitetskoefficienten. I en speciel udformning af elektronikken simuleres, ved hjælp af en parallelt med basisfølertilslutningen koblet, meget højimpedanset modstand, en mindste-ledningsevne. Fra de målte ledningsevner bliver så den simulerede ledningsevne atter subtraheret.By means of the sensor electronics, the electrical conductivity as well as the dielectric coefficient of the oil are determined from the one sensor signal. In any case, a minimum conductivity is also required for the measurement of the dielectric coefficient. In a special design of the electronics, a very high conductivity is simulated, by means of a very high impedance resistance coupled in parallel with the base sensor connection. From the measured conductivity, the simulated conductivity is then subtracted again.

Til kompensation for fremstillingstolerancer for basisføleren kan dennes kalibrering ske ved måling af kapaciteten af den med højtørret luft eller højrent kvælstof fyldte basisføler. Virkninger af mekaniske fremstillingstolerancer på måleresultatet kan således elimineres. Eftersom der ved det ovenfor beskrevne elektronikkredsløb skal forudsættes en mindste-ledningsevne, bliver der hertil enten simuleret en mindste-ledningsevne via de parallelt med basisføleren koblede højimpedansede modstande, eller et modificeret elektronikkredsløb anvendes, i forbindelse med hvilket integrationskapaciteten C erstattes af basisføleren, altså kobles i tilbagekoblingsgrenen for integratoren.To compensate for manufacturing tolerances for the base sensor, its calibration can be done by measuring the capacity of the base sensor filled with high-dried air or high-purity nitrogen. Thus, effects of mechanical manufacturing tolerances on the measurement result can be eliminated. Since the electronics circuit described above requires a minimum conductivity, either a minimum conductivity is simulated via the high impedance resistors coupled to the base sensor or a modified electronics circuit is used in which the integration capacity C is replaced by the base sensor, in the integrator feedback branch.

Billede 11 tydeliggør kredsløbet med en relaksationsoscillator.Figure 11 clarifies the circuit with a relaxation oscillator.

Medens dielektricitetskoefficienten εΓ hhv. følerkapaciteten Cx i forbindelse med det første kredsløb (Billede 8) måles under omkoblingsspringet, altså ved meget høje frekvenser, tjener følerkapaciteten Cx i forbindelse med det i Billede 11 viste analoge følerelektronikkredsløb til integration af en afsnitsvis konstant strøm. Her bliver følerkapaciteten Cx målt ved lave frekvenser. Der kan her ses bort fra den parallelle følermodstand, eftersom strømmen igennem kondensatoren er langt større end strømmen igennem Cx. En mulig anvendelse, ved hvilken dielektricitetskoefficient-målingen kan anvendes ved forskellige frekvenser, er brændstoffølere til multifuelfartøjer eller karakteriseringen af forskellige olier og/eller oliekomponenter. Andre anvendelsesområder er direkte gasfugtighedsmålearrangementer, også for aggressive gasser, eller gasfugtighedsmålinger med meget enkle elektroder, eksempelvis på indersiden af fartøjsruder og i givet fald samtidige luftfugtigheds- og bedugningsmålinger.While the dielectric coefficient εΓ respectively. the sensor capacity Cx in connection with the first circuit (Figure 8) is measured during the switching jump, ie at very high frequencies, the sensor capacity Cx in connection with the analog sensor electronics circuit shown in Figure 11 serves to integrate a sectional constant current. Here, the sensor capacity Cx is measured at low frequencies. Here, the parallel sensor resistance can be disregarded since the current through the capacitor is far greater than the current through Cx. One possible application by which the dielectric coefficient measurement can be used at different frequencies is fuel sensors for multifuel vessels or the characterization of different oils and / or oil components. Other applications are direct gas humidity measurement arrangements, also for aggressive gases, or gas humidity measurements with very simple electrodes, for example on the inside of vessel panes and, where appropriate, simultaneous humidity and bedding measurements.

Udgangsspændingen fra integratoren er, ved konstant indgangsspænding, uA og ui(0) = 0:The output voltage from the integrator is, at constant input voltage, uA and ui (0) = 0:

Den med OP2 opbyggede Schmitt-trigger leverer den af omvendingsintegratoren opintegrerede, afsnitsvise konstante udgangsspænding uAmin hhv. uAmin· Opnår integratorspændingen U| triggerniveauet for Schmitt-triggeren |U|S|, ændrer den spænding ua, som skal integreres, sit fortegn. Derved løber udgangen på integratoren i modsat retning, indtil det andet triggerniveau er opnået.The Schmitt trigger built with OP2 delivers the sectional constant output voltage uAmin integrated by the inverting integrator respectively. uAmin · Achieves the integrator voltage U | trigger level of the Schmitt trigger | U | S |, the voltage ua to be integrated changes its sign. Thereby, the output of the integrator runs in the opposite direction until the second trigger level is reached.

Omkoblingen af Schmitt-triggeren sker ved koblingsspændingerneThe switching of the Schmitt trigger occurs at the switching voltages

Det gælder forIt applies for

T er periodevarigheden for trekant- og firkantsvingningen og er direkte proportional med den søgte kapacitet for basisføleren og med dielektricitetskoefficenten:T is the period duration of the triangle and square oscillations and is directly proportional to the applied capacity of the base sensor and to the dielectric coefficient:

Den direkte måling af dielektricitetskoefficienten for fluidet imellem de to elektroder muliggør, i forbindelse med den højtopløsende følerelektronik, såvel en fugtigheds-bestemmelse som også den nøjagtige kalibrering af basisføleren.The direct measurement of the dielectric coefficient of the fluid between the two electrodes enables, in connection with the high-resolution sensor electronics, a moisture determination as well as the accurate calibration of the base sensor.

Indgangsstrømmene i operationsforstærkerne bevirker i de analoge følerelektronik-kredsløb en forskydning af tasteforholdet for udgangssignalerne ua. Frekvensen bliver derimod ikke forandret. Eftersom der ifølge opfindelsen til hver en tid måles over en periode eller et heltalligt multiplum af en periode for ua, påvirker indgangshvile- og offsetstrømme ikke måleresultatet. I Billede 12 er de parasitiske kapaciteter for den analoge følerelektronik indtegnet. Billede 13 viser de samme parasitiske kapaciteter i basisfølerarrangementet.The input currents of the operational amplifiers in the analog sensor electronics circuits cause a shift in the key ratio of the output signals ua. The frequency, on the other hand, does not change. Since, according to the invention, at any one time is measured over a period or an integer multiple of a period for ua, the input rest and offset currents do not affect the measurement result. In Figure 12, the parasitic capacities of the analog sensor electronics are plotted. Figure 13 shows the same parasitic capacities in the base sensor arrangement.

Kapaciteten CP1 ligger parallelt med udgangen på Schmitt-triggeren og har ingen negativ indflydelse på kredsløbet. CP2 ligger parallelt med følerkapaciteten Cx. For reduktion af CP2 bliver der ifølge opfindelsen indføjet en skærm, kapaciteten og CP2 bliver derved tilknyttet kapaciteterne CP1 og CP3. CP3 ligger atter imellem det virtuelle stel på den inverterende indgang på operationsforstærkeren og stel. Der foreligger altså ikke nogen spænding over CP3, følgelig kan der ses bort fra CP3. Billede 14 viser den praktiske realisering i basisføleren. På elektronikprintkortet bliver ifølge opfindelsen det samme skærmningskoncept omsat via indføjelsen af stelledningsbaner.Capacity CP1 is parallel to the output of the Schmitt trigger and does not adversely affect the circuit. CP2 lies parallel to the sensor capacity Cx. For reducing CP2, according to the invention, a screen is inserted, the capacity and CP2 thereby being associated with the capacities CP1 and CP3. CP3 again lies between the virtual frame of the inverting input of the operational amplifier and frame. Thus, there is no voltage across CP3, so CP3 can be ignored. Figure 14 shows the practical realization of the basic sensor. In accordance with the invention, the same shielding concept is implemented on the electronics circuit board via the insertion of ground wire paths.

Til undgåelse af polarisationseffekter kræves der middelværdifrie testsignaler, som basisføleren påtrykkes. Ifølge opfindelsen anvendes der rail-to-rail operationsforstærkere med symmetrisk forsyningsspænding. En forbedret symmetridannelse opnås via en spændingsdeler med to ens modstande imellem forsynings spændingerne. Dennes midterudtag tjener som referencepotentiale for følerelektronikken.To avoid polarization effects, mean-free test signals are required that the base sensor is applied to. According to the invention, rail-to-rail operational amplifiers with symmetrical supply voltage are used. An improved symmetry formation is achieved via a voltage divider with two equal resistances between the supply voltages. Its center outlet serves as a reference potential for the sensor electronics.

Via bevægelsen af den her som elektrisk leder virkende olie bliver der i olien, på grund af de uundgåelige magnetfelter, i overensstemmelse med induktionsloven induceret strømningshastighedsproportionale forstyrrelsesspændinger i elektrodearrangementet. Disse er overlejrede det egentlige målesignal. Allerede det konstante jordmagnetfelt kan bevirke denne effekt. Magnetfelter, som ændrer sig, vil såvel ved gennemstrømningsfølerne som også ved dykfølerne inducere yderligere transformatoriske forstyrrelsesspændinger. Følerelektronikken i overensstemmelse med opfindelsen kompenserer for disse forstyrrelseseffekter. lonbevægeligheden og dermed også den elektriske ledningsevne er afhængig af den indvendige friktion i olien og dermed også af dennes temperatur. Ledningsevnen stiger med olietemperaturen. Til evaluering af olietilsmudsningen kræves følgelig en temperaturkompensation for ledningsevnemåleværdierne og en omregning til en referencetemperatur. Til temperaturkompensation for ledningsevneværdierne måles supplerende temperaturen, fortrinsvis via en PT100. Denne er fortrinsvis anbragt ved elektrodeholderne på elektroniksiden af glas-metalgennemføringen. Omregningen af den målte elektriske ledningsevne og dielektricitetskoefficienten sker ifølge opfindelsen fortrinsvis via en adaptiv, selvlærende temperaturkompensation.Through the movement of the oil acting here as an electric conductor, in the oil, due to the inevitable magnetic fields, in accordance with the law of induction, flow velocity proportional disturbance voltages are induced in the electrode arrangement. These are superimposed on the actual measurement signal. Already the constant earth magnetic field can cause this effect. Magnetic fields that change will induce additional transformer disturbance voltages, both through the flow sensors and also at the dive sensors. The sensor electronics in accordance with the invention compensate for these interference effects. The fluid movement and thus also the electrical conductivity depends on the internal friction in the oil and thus also on its temperature. Conductivity increases with oil temperature. Accordingly, an evaluation of the oil soiling requires a temperature compensation for the conductivity measurement values and a conversion to a reference temperature. For temperature compensation for the conductivity values, the additional temperature is measured, preferably via a PT100. This is preferably disposed at the electrode holders on the electronics side of the glass-metal feed-through. The conversion of the measured electrical conductivity and the dielectric coefficient according to the invention is preferably carried out via an adaptive, self-learning temperature compensation.

Beregningen af den elektriske ledningsevne og dielektricitetskoefficienten ved referencetemperaturen T0 kan ske via et temperaturafhængigheden approximerende polynom af formenThe calculation of the electrical conductivity and the dielectric coefficient at the reference temperature T0 can be done via a temperature dependence approximating polynomial of the form

Km er den aktuelle måleværdi for den elektriske ledningsevne ved temperaturen T,. kTo er den tilnærmede elektriske ledningsevne for olien ved referencetemperaturen, T0, KTOa er den forrige beregnede (gamle) elektriske ledningsevne ved referencetemperaturen T0, a, b og c er koefficienterne for det approximerende polynomium, som adaptivt skal bestemmes,Km is the current measurement value for the electrical conductivity at temperature T,. kTo is the approximate electrical conductivity of the oil at the reference temperature, T0, KTOa is the previously calculated (old) electrical conductivity at the reference temperature T0, a, b and c are the coefficients of the approximate polynomial to be determined adaptively,

er temperaturdifferensen. Tilnærmelsen ved hjælp af et polynomium af tredje grad sikrer en god tilnærmelse ved acceptabel ringe beregningsomkostninger for den anvendte mikroprocessor. For bestemmelsen af koefficienterne for polynomiet bliver der, på basis af Θθΐιβ metode for de mindste fejlkvadrater ud fra de N måleværdipar og det approximerende polynomium, defineret en risikofunktion, hvis minimering muliggør en bestemmelse af de søgte koefficienter.is the temperature difference. The approximation using a third degree polynomial ensures a good approximation at acceptable low computational cost for the microprocessor used. For the determination of the coefficients of the polynomial, a risk function whose minimization allows for the determination of the coefficients sought is defined, based on the Θθΐιβ method for the least squares based on the N measurement pairs and the approximate polynomial.

Der fås tre lineære uafhængige ligninger for de tre søgte koefficienterThree linear independent equations are obtained for the three coefficients sought

Heraf bestemmes de tre søgte koefficienter eksempelvis ved hjælp af den Cramerske regel.Of these, the three coefficients sought are, for example, determined by the Cramerian rule.

Ved en yderligere udformning af opfindelsen bliver en, i givet fald supplerende, basisføler i overensstemmelse med opfindelsen realiseret således, at volumenet imellem elektroderne er smørefilmen i et leje, som skal overvåges. I Billede 15 er et sådant arrangement skitseret.In a further embodiment of the invention, if necessary, a base sensor in accordance with the invention is realized such that the volume between the electrodes is the lubricating film in a bed to be monitored. In Figure 15, such an arrangement is outlined.

Via den målte kapacitet C bliver her, i givet fald supplerende, smørespaltetykkelsen l bestemt.Via the measured capacity C, the lubrication gap thickness 1 is determined here, if necessary.

En vigtig supplering af oliefølersystemet er indføjelsen af en egnet kommunikationsstruktur og realiseringen af et overvågningssystem. Anvendelsesområder for følersystemet er decentralt anbragte energi-, fremstillings- og automatiseringstekniske anlæg, som eksempelvis vindturbiner, transformatorstationer, hydraulikanlæg, gear osv. Hertil bliver en online overvågning af decentrale anlæg via et fortrinsvis web-baseret overvågningssystem realiseret. Det efterfølgende Billede 16 viser objektnettet for et sådant overvågningssystem.An important complement to the oil sensing system is the addition of a suitable communication structure and the realization of a monitoring system. Areas of application for the sensor system are decentralized energy, manufacturing and automation engineering systems, such as wind turbines, transformer stations, hydraulic systems, gears, etc. For this, online monitoring of decentralized systems via a predominantly web-based monitoring system is realized. The following Figure 16 shows the object network for such a monitoring system.

Det web-baserede, decentrale overvågningssystem, i forbindelse med hvilket følerdataene fortrinsvis transmitteres via Internettet og via en indlagt databank indføres i en som betjeningsinterface for overvågningssystemet realiseret HTML side, muliggør overvågningen af anlæggene såvel af anlægsbrugeren, som også tjenesteudbydere, som er pålagt vedligeholdelsen.The web-based, decentralized monitoring system, in which the sensor data is preferably transmitted via the Internet and entered via an embedded database into an HTML interface operated as an interface for the monitoring system, enables the monitoring of the systems by the facility user as well as service providers who are required for maintenance.

Ved en yderligere udformning af opfindelsen bliver der i tilslutning til patentskriftet DE 19914658 foreslået en måling af impedansspektret for basisføleren ved hjælp af middelværdifrie pseudotilfældige binære- eller ternære signaler. I stedet for det afsnitsvise konstante udgangssignat fra Schmitt-triggeren i relaksationsoscillatoren bliver der her koblet afsnitsvise konstante digitale støjsignaler til basisføleren i indgangsgrenen for integratoren. Krydskorrelationsfunktionen θχγ(τ) af indgangssignalet x(t) og udgangssignalet y(t) fore et lineært, tidsinvariant overføringselement, her basisføleren, er lig med foldningsproduktet af impulssvaret for overføringselementet g(x) og autokorrelationsfunktionen φχχ(τ)In a further embodiment of the invention, in connection with patent application DE 19914658, a measurement of the impedance spectrum of the base sensor is proposed by means of binary or ternary random pseudo-random signals. Instead of the sectional constant output signal from the Schmitt trigger in the relaxation oscillator, sectional constant digital noise signals are coupled here to the base sensor in the input branch of the integrator. The cross-correlation function θχγ (τ) of the input signal x (t) and the output signal y (t) for a linear, time invariant transfer element, here the base sensor, is equal to the folding product of the impulse response of the transmission element g (x) and the autocorrelation function φ (

eller mere udførligt skrevet:or more extensively written:

Dette fås ved indsætningen af Dahamelintegralet i den af indgangs- og udgangssignalet dannede krydskorrelationsfunktion og ombytning af integrationsrækkefølgen. Er indgangssignalet et periodisk pseudotilfældigt signal, så kan integrationen ske over en periode. Impulssvaret for en kondensator med kondensatorstrømmen i som indgangssignal og kondensatorspændingen u som udgangssignal erThis is obtained by inserting the Dahamel integral into the cross-correlation function formed by the input and output signal and switching the integration order. If the input signal is a periodic pseudo-random signal, then the integration can take place over a period of time. The impulse response of a capacitor with the capacitor current i as the input signal and the capacitor voltage u as the output signal is

Den søgte kapacitet beregnes altså viaThe requested capacity is thus calculated via

Integralet over autokorrelationsfunktionen for den pseudotilfældige kondensatorstrøm er bekendt. Beregningen af krydskorrelationsfunktionen φ/ί;(τ) imellem den pseudo- tilfældige periodiske kondensatorstrøm i(t) og kondensatorspændingen u(t) gennemføres numerisk ved hjælp af mikroprocessoren i forbindelse med hver måling. På grund af det digitale indgangssignal i(t) bliver multiplikationen i forbindelse med integrationen en simpel summation. Ved valget af hurtigt foranderlige indgangssignaler kan udgangssignalet også måles én periode eller et heltalligt antal perioder senere. I stedet for kapaciteten kan også impulssvaret g(t) eller, efter anvendelsen af en hurtig Fouriertransformation (FFT), overføringsfunktionen for basisføleren bestemmes. I Billede 17 og 18 er en realisering tilsvarende Billede 15 vist, men ved anbringelse af elektroderne 21,22 på tandflanken af en tand i et tandhjul, idet oliespalten 23 til det indgribende modelement samt tilgangsledningerne 24, 25 og isoleringen 26 er tydeliggjort.The integral over the autocorrelation function of the pseudo-random capacitor current is known. The calculation of the cross correlation function φ / ί; (τ) between the pseudorandomic periodic capacitor current in (t) and the capacitor voltage u (t) is numerically performed by the microprocessor for each measurement. Due to the digital input signal in (t), the multiplication associated with the integration becomes a simple summation. When selecting rapidly changing input signals, the output signal can also be measured one period or a whole number of periods later. Instead of the capacity, the impulse response g (t) or, following the application of a fast Fourier transform (FFT), the transfer function of the base sensor can also be determined. In Figures 17 and 18 a realization similar to Fig. 15 is shown, but by placing the electrodes 21,22 on the tooth flank of a tooth in a gear, the oil gap 23 for the engaging model element as well as the access lines 24, 25 and the insulation 26 are made clear.

Henvisningtal 1 Basisføler med 2 plader 2 Glas/metal/gennemføring 3 Elektronikprintkort 4 Følerholder 5 Følerhoved 6 Følerdæksel 7 Indgangs/udgangsåbning 8 O-ring 9 Basisføler med 3 plader 10 Kamelektrode 1 11 Kamelektrode 2 12 Skærmelektrode 13 Parasitisk kapacitet Cpi 14 Parasitisk kapacitet Cp2 15 Parasitisk kapacitet Cp3 16 Parasitisk kapacitet Cp2i 17 Parasitisk kapacitet Cp22 18 Skærm 19 Lejeinderring 20 Rullelejelegeme 21 Elektrode 1 22 Elektrode 2 23 Oliespalte 24 Tilgangsledning til elektrode 1 25 Tilgangsledning til elektrode 2 26 IsoleringReference number 1 Base sensor with 2 plates 2 Glass / metal / pass-through 3 Electronic circuit board 4 Sensor holder 5 Sensor head 6 Sensor cover 7 Input / output opening 8 O-ring 9 Base sensor with 3 plates 10 Camel electrode 1 11 Camel electrode 2 12 Screen electrode 13 Parasitic capacity Cpi 14 Parasitic capacity Cpi 14 Parasitic Capacity Cp3 16 Parasitic Capacity Cp2i 17 Parasitic Capacity Cp22 18 Display 19 Bearing ring 20 Roller bearing body 21 Electrode 1 22 Electrode 2 23 Oil slot 24 Electrode supply line 1 25 Electrode supply line 2 26 Insulation

Claims (17)

1. Fremgangsmåde til måling af fysiske parametre af elektrisk ringe ledende og ikke-ledende fluider, ved hvilken fluidet befinder sig mellem elektrisk ledende elektroder for en basisføler (1, 9), idet basisføleren (1, 9) påtrykkes et testsignal i form af en taktstyret jævnspænding eller en taktstyret jævnstrøm, den resulterende udgangsstrøm eller udgangsspænding integreres ved hjælp af en integrator, hvis udgangssignal, i givet fald via en forstærker, påtrykkes en første Schmitt-trigger, hvis udgangssignal atter påtrykkes som testsignal på basisføleren (1, 9), kendetegnet ved, at udgangssignalet yderligere påtrykkes en anden Schmitt-trigger, som er koblet parallelt med den første Schmitt-trigger, og som fungerer som komparator, idet udgangssignalet fra de to Schmitt-triggere kobles til en XOR-gate, ud fra hvis udgangssignaler de fysiske parametre for fluidet, som skal måles, beregnes ved hjælp af en mikroprocessor, og tilføres et evalueringslogiksystem, hvori, ud fra det målte signal, såvel modstanden som også kapaciteten bestemmes.A method for measuring physical parameters of electrically low conductive and nonconductive fluids, wherein the fluid is between electrically conductive electrodes of a base sensor (1, 9), applying a test signal in the form of a base sensor (1, 9). a clocked DC voltage or a clocked direct current, the resulting output current or output voltage is integrated by means of an integrator whose output signal, if applicable via an amplifier, is applied to a first Schmitt trigger whose output signal is again applied as a test signal to the base sensor (1, 9); characterized in that the output signal is further applied to a second Schmitt trigger which is connected in parallel with the first Schmitt trigger and which acts as a comparator, the output of the two Schmitt triggers being coupled to an XOR gate, from whose output signals the physical parameters of the fluid to be measured are calculated by a microprocessor and fed to an evaluation logic system in which, from the measured signal, both the resistance and the capacity are determined. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at testsignalet påtrykkes i form af taktstyrede, middelværdifrie målesignaler.Method according to claim 1, characterized in that the test signal is applied in the form of clock controlled, mean-free measurement signals. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der på en første følerelektrode på basisføleren (1, 9) påtrykkes testsignalet i form af en afsnitsvis konstant spænding eller en afsnitsvis konstant strøm, og en anden følerelektrode på basis af føleren (1, 9) kobles til den inverterende indgang på en som operationsforstærker udformet integrator, eller alternativt til en spændingsmodkoblet operationsforstærker.Method according to claim 1 or 2, characterized in that a test signal is applied to a first sensor electrode on the base sensor (1, 9) in the form of a sectional constant voltage or a sectional constant current, and a second sensor electrode on the basis of the sensor (1). , 9) is coupled to the inverting input of an integrator designed as an operational amplifier, or alternatively to a voltage-coupled operational amplifier. 4. Kredsløbsarrangement til udøvelse af fremgangsmåden i overensstemmelse med ethvert af kravene 1 til 3, bestående af en basisføler (1, 9), på hvilken der på indgangssiden påtrykkes testsignalet og på udgangssiden er forbundet med den inverterende indgang på en operationsforstærker som integrator, i givet fald via en forstærker, idet udgangssignalet fra integratoren er forbundet med to parallelkoblede operationsforstærkere som Schmitt-triggere, idet udgangssignalet fra den første Schmitt-trigger er koblet som testsignal til basisføleren (1, 9) og er koblet til en XOR- gate, til hvilken også udgangen fra den anden Schmitt-trigger er koblet, idet udgangen fra XOR-gaten er koblet til et evalueringslogiksystem.A circuit arrangement for carrying out the method according to any one of claims 1 to 3, comprising a base sensor (1, 9) on which the test signal is applied on the input side and connected to the inverting input of an operational amplifier as integrator. given drop via an amplifier, the output of the integrator being connected to two parallel-coupled operational amplifiers as Schmitt triggers, the output of the first Schmitt trigger being coupled as a test signal to the base sensor (1, 9) and coupled to an XOR gate, to which is also coupled to the output of the second Schmitt trigger, the output of the XOR gate being coupled to an evaluation logic system. 5. Anvendelse af fremgangsmåden og/eller kredsløbsarrangementet ifølge ethvert af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at den målte elektriske ledningsevne og/eller dielektricitetskonstant og ændringen af den elektriske ledningsevne og/eller ændringen af dielektricitetskonstanten anvendes som mål for en evaluering af ændringen af systemet olie-maskine, olie-gear, olie-motor, olie-transformator osv.Use of the method and / or circuit arrangement according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the measured electrical conductivity and / or dielectric constant and the change of the electrical conductivity and / or the change of the dielectric constant are used as a measure of an evaluation of the change of system oil-machine, oil-gear, oil-engine, oil-transformer, etc. 6. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved, at via den målte elektriske ledningsevne og/eller dielektricitetskonstanten og/eller ændringen af den elektriske ledningsevne og/eller dielektricitetskonstanten, måles maskinsliddet, gear-, motor-, transformatorsliddet osv. og oliesliddet, eller direkte eller indirekte måles leje- eller tandflankesliddet.Use according to the preamble of claim 5, characterized in that, through the measured electrical conductivity and / or dielectric constant and / or the change of the electrical conductivity and / or dielectric constant, the machine wear, gear, motor, transformer wear etc. and the oil wear are measured. or directly or indirectly, the bearing or tooth flank wear is measured. 7. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved, at via den målte elektriske ledningsevne og/eller ændringen i den elektriske ledningsevne og/eller den målte dielektricitetskonstant og/eller ændringen i dielektricitetskonstanten indikeres forebyggende vedligeholdelsesforanstaltninger allerede længe før forebyggende reparationer.Use according to the preamble of claim 5, characterized in that preventive maintenance measures are indicated long before preventive repairs via the measured electrical conductivity and / or the change in the electrical conductivity and / or the measured dielectric constant and / or the change in the dielectric constant. 8. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved, at via dielektricitetskonstanten og/eller ændringen i dielektricitetskonstanten måles vandindholdet i olien og/eller ved hjælp af ændringen i dielektricitetskonstanten og/eller ændringen i den elektriske ledningsevne måles nedbrydningen af additiver.Use according to the preamble of claim 5, characterized in that, through the dielectric constant and / or the change in the dielectric constant, the water content of the oil is measured and / or by the change in the dielectric constant and / or the change in the electrical conductivity, the degradation of additives is measured. 9. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved, at volumenet imellem elektrodepladerne i basisføleren er smørfilmen i et leje, som skal overvåges, eller smørefilmen imellem tandflanker på tandhjul.Use according to the preamble of claim 5, characterized in that the volume between the electrode plates in the base sensor is the butter film in a bearing to be monitored or the lubrication film between tooth flanks on gears. 10. Anvendelse ifølge krav 9, kendetegnet ved, at yderligere eller alternativt måles smørefilmtykkelsen.Use according to claim 9, characterized in that the lubricating film thickness is further or alternatively measured. 11. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1 til 3, kendetegnet ved en adaptiv, selvlærende temperaturkompensation.Method according to any one of claims 1 to 3, characterized by an adaptive, self-learning temperature compensation. 12. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at målesignalerne, via en seriel interface, et bussystem og/eller et LAN eller WLAN-interface, sendes til et fortrinsvis webbaseret overvågningssystem.Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the measurement signals, via a serial interface, a bus system and / or a LAN or WLAN interface, are sent to a preferably web-based monitoring system. 13. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1 til 3, kendetegnet ved et webbaseret overvågningssystem.Method according to any one of claims 1 to 3, characterized by a web-based monitoring system. 14. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved, at følersystemet anvendes til direkte fugtmåling også for aggressive og/eller korrosive gasser.Use according to the preamble of claim 5, characterized in that the sensor system is used for direct moisture measurement also for aggressive and / or corrosive gases. 15. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved en benyttelse som brændstofføler for multifuel fartøjer og/eller maskiner.Use according to the preamble of claim 5, characterized by use as a fuel sensor for multifuel vessels and / or machines. 16. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved en benyttelse som råolieføler til måling af parametre for råolier og disses biprodukter.Use according to the preamble of claim 5, characterized by use as a crude oil sensor for measuring parameters of crude oils and their by-products. 17. Anvendelse ifølge indledningen til krav 5, kendetegnet ved målingen af råolieindholdsstoffer, såsom mekanisk smuds, salte, syrer, vand, sig dannende oliesæber osv., via målinger af den elektriske ledningsevne og dielektricitetskonstanten for råolien.Use according to the preamble of claim 5, characterized by the measurement of crude oil constituents, such as mechanical dirt, salts, acids, water, oil-forming oil, etc., via measurements of the electrical conductivity and the dielectric constant of the crude oil.
DK09000244T 2008-09-15 2009-01-09 Method and circuit arrangement for the measurement of physical parameters of the fluids and their uses DK2163887T3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008047366 2008-09-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DK2163887T3 true DK2163887T3 (en) 2015-02-09

Family

ID=41266287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK09000244T DK2163887T3 (en) 2008-09-15 2009-01-09 Method and circuit arrangement for the measurement of physical parameters of the fluids and their uses

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2163887B1 (en)
DK (1) DK2163887T3 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011057092A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 OCé PRINTING SYSTEMS GMBH Apparatus for determining conductivity of liquid developer in printing system, has evaluation circuit which evaluates conductivity of liquid developer from the alternating current conductivity of measuring electrodes
DE102013005003A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 Ulrich Kuipers Method for measuring critical operating states of machine elements and for controlling the wear limitation of systems
DE102014104963A1 (en) 2013-04-08 2014-10-09 Ulrich Kuipers Method and sensor for monitoring the condition of oil-filled transformers and / or electrical equipment with insulating oils and for determining wear-dependent parameters such as dielectric strength, insulating oil moisture, acidification or loss factor of insulating oils
DE102013014144B4 (en) * 2013-08-23 2021-01-21 Thermo Electron Led Gmbh Thermal conductivity detector with closed reference cavity
DE102014000099A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 Testo Ag Capacitive oil sensor, oil sensor kit and calibration procedure for a capacitive oil sensor
DE102015200203A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Zf Friedrichshafen Ag Measuring arrangement for detecting foreign particles in a medium
CN105869688B (en) * 2016-04-29 2018-01-16 清华大学 The measuring method and device of containment moisture film coverage rate
CN108333222A (en) * 2017-01-20 2018-07-27 舍弗勒技术股份两合公司 Workpiece and its aqueous quantity monitoring method of lubricant and system determine method and device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3517065C2 (en) * 1985-05-11 1996-08-01 Schloemann Siemag Ag Arrangement for monitoring the mixing ratio of two liquids
US5231358A (en) * 1990-11-16 1993-07-27 General Motors Corp. Capacitive fuel composition sensor with slow oscillator and high speed switch
DE19628690C2 (en) 1996-07-17 1999-04-22 Achenbach Buschhuetten Gmbh Methods and measuring systems for measuring physical quantities of low conductivity and non-conductivity fluids
US5889200A (en) * 1996-08-30 1999-03-30 The University Of Dayton Tandem technique for fluid monitoring
US6028433A (en) * 1997-05-14 2000-02-22 Reid Asset Management Company Portable fluid screening device and method
DE19819013C2 (en) * 1998-04-29 2000-09-28 Ulrich Kuipers Arrangement for measuring the density, the filling level and the temperature of the electrolyte of battery cells and their use
US6253601B1 (en) 1998-12-28 2001-07-03 Cummins Engine Company, Inc. System and method for determining oil change interval
DE19914658C2 (en) 1999-03-31 2003-10-02 Ulrich Kuipers Arrangement for measuring leaks in sealing systems for leak detection and leak detection of electrically conductive fluids and use of such an arrangement
WO2001009625A1 (en) * 1999-08-03 2001-02-08 Pavlenko Vladimir Alexandrovic Capacitive detector
DE10005173A1 (en) * 2000-02-05 2001-08-09 Ego Elektro Geraetebau Gmbh Circuit for capacitive sensor element of contact switch has signal source supplying transistor via filter and potential divider; sensor element connected between transistor base and earth
AUPQ663600A0 (en) * 2000-04-03 2000-05-04 Accent Hydroponics Pty Ltd Electrical conductivity measurement circuit
US7088112B2 (en) * 2001-09-06 2006-08-08 Tokyo Electron Limited Sensor capacity sensing apparatus and sensor capacity sensing method
DE10217383A1 (en) 2002-04-18 2003-11-13 Siemens Ag Cylinder head-integrated diesel injection system with oil sensor
US7541004B2 (en) * 2004-11-12 2009-06-02 Predict, Inc. MEMS-based sensor for lubricant analysis

Also Published As

Publication number Publication date
EP2163887A1 (en) 2010-03-17
EP2163887B1 (en) 2014-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK2163887T3 (en) Method and circuit arrangement for the measurement of physical parameters of the fluids and their uses
US8552750B2 (en) Apparatus and method for the measurement of electrical conductivity and dielectric constant of high impedance fluids
JP7186787B2 (en) Apparatus for monitoring fluids
US20150033830A1 (en) Automated phase separation and fuel quality sensor
EP1811274A1 (en) Water level measurement system
CA2394083C (en) Method and apparatus for measuring accumulated and instant rate of material loss or material gain
EP3966533A2 (en) System and method for providing measurements in a pipe
Golnabi Measurements of the electrical parameters for different water samples
US20230142240A1 (en) Flow meter for measuring flow velocity in oil continuous flows
Lata et al. Investigation of the effect of electrodes distance on the polarization impedance type flowmeter
Maalouf A validated model for the electromagnetic flowmeter's measuring cell: Case of having an electrolytic conductor flowing through
US11543377B2 (en) Sensing apparatus and sensing method
Lata et al. Multifunctional electrode polarization impedance-based sensor for calculating flow rate and conductivity of fluid
Lu et al. A new-type sensor for monitoring oil-water interface level and oil level
WO2002016888A1 (en) Level sensor
CN104457797A (en) Method for determining a physical and/or chemical, temperature dependent, process variable
CN113340951B (en) Method and device for measuring void ratio of oil-gas two-phase flow of oil return pipeline of aeroengine
de Forest Palmer Jr On the relation of the dielectric Constant of water to temperature and frequency
Maalouf A Validated Model for the Electromagnetic Flowmeter's Measuring Cell (Validiertes Modell für eine elektromagnetische Durchflussmesszelle)
RU2166736C2 (en) Capacitive compensation type level meter
Anaraki Temperature effect on capacitance measurements of the different chemical liquids using a cylindrical capacitive sensor
RU2190195C1 (en) Method of measuring level and device for realization of this method
Guirong et al. A new proposal for monitoring oil-temperature and oil-level
NO20200614A1 (en) System and method for providing measurements in a pipe
Cui et al. A Self-diagnostic Method for the Electrode Adhesion of an Electromagnetic Flow-meter